STUDI HIDROLISIS HEMISELULOSA JERAMI PADI MENGGUNAKAN ACTINOMYCETES ISOLAT LOKAL
ABSTRAK
STUDI HIDROLISIS HEMISELULOSA JERAMI PADI MENGGUNAKAN
ACTINOMYCETES ISOLAT LOKAL
Oleh
Septiyana
Jerami padi merupakan salah satu contoh limbah berlignoselulosa yang
pemanfaatannya kurang optimal dan mengandung hemiselulosa cukup tinggi yang
memiliki nilai ekonomi yang tinggi jika diuraikan menjadi produk akhir yang
bermanfaat. Hemiselulosa dapat dihidrolisis dengan menggunakan enzim yang
dihasilkan oleh Actinomycetes. Isolat Actinomycetes lokal berasal dari Pringsewu,
Lampung yang digunakan untuk mengetahui kemampuannya dalam mendegradasi
hemiselulosa menjadi monomer-monomernya. Sebanyak 8 isolat Actinomycetes
berhasil diisolasi menggunakan metode spread plate pada Media Yeast Maltosa
Agar (YMA) dengan menambahkan antibiotik Nistatine (50 μg/L) dan antibiotik
Streptomycine (25 μg/L). Dari 8 isolat tersebut terdapat 2 isolat yang mempunyai
aktivitas xilanolitik tertinggi yaitu AcP-1 dan AcP-7 yang ditinjau dari
terbentuknya zona bening pada media YMA dengan tambahan substrat 5%
birchwood xylan. Untuk mengetahui kondisi optimum dalam mendegradasi
hemiselulosa, kedua isolat diuji dengan menggunakan metode Fermentasi Fase
Padat (Solid State Fermentation/ SSF) dengan tiga taraf pH yaitu 6, 7, dan 8 serta
perbandingan substrat:buffer (b/v) yaitu 1:1, 1:2, dan 1:3. Parameter yang
digunakan adalah kadar xilosa yang diperoleh dan menghasilkan kondisi optimum
pada pH 7 dan perbandingan substrat:buffer (1:3). Ditinjau dari aktivitas xilanase
yang dihasilkan dari kedua isolat, diperoleh waktu optimum fermentasi selama 15
hari sebesar 1,026 U/mL untuk AcP-1 dan 0,672 U/mL untuk AcP-7. Pemurnian
enzim xilanase dengan menggunakan metode fraksinasi berdasarkan variasi
tingkat kejenuhan terhadap ammonium sulfat. Pada fraksi 35-70% menunjukkan
aktivitas tertinggi untuk isolat AcP-1 sebesar 6,908 U/mL dan pada fraksi 0-35%
untuk isolat AcP-7 sebesar 10,501U/mL.
1
I.
A.
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Indonesia merupakan salah satu negara yang kaya akan lahan pertanian,
khususnya sawah yakni seluas 7.304.134 ha (Solahuddin dan Ladamay, 1997).
Salah satu Provinsi di Indonesia yang memiliki lahan pertanian yang cukup luas
yaitu Provinsi Lampung.
Menurut Badan Pusat Statistik (BPS) Provinsi
Lampung, produksi padi tahun 2009 (Angka Ramalan II) diperkirakan sebesar
2,55 juta ton GKG, meningkat sebesar 0,21 juta ton (8,82 persen) dibandingkan
dengan produksi padi tahun 2008 (Angka Tetap). Kenaikan produksi disebabkan
adanya kenaikan luas panen sekitar 40 ribu hektar (7,99 Persen). Peningkatan
produksi padi juga diiringi peningkatan limbah jerami padi (Berita Resmi
Statistika, 2006). Adapun produksi jerami padi dapat mencapai 12-15 ton per
hektar setiap panen, bervariasi tergantung pada lokasi dan jenis varietas tanaman
padi yang digunakan (Ikhsan dkk., 2009).
Jerami padi merupakan limbah yang pemanfaatannya kurang optimal.
Kecenderungan yang terjadi, jerami padi lebih banyak dibakar (Ikhsan dkk.,
2009). Jerami padi juga merupakan salah satu contoh limbah berlignoselulosa
yang mengandung tiga komponen utama yaitu selulosa 34,2%, lignin 23,4% dan
2
hemiselulosa 24,5% yang memiliki nilai ekonomi yang tinggi jika diuraikan
menjadi produk akhir yang bermanfaat (Howard et al., 2003).
Hemiselulosa merupakan polimer yang tersusun atas xilosa disebut xilan dan
manosa disebut manan. Secara kimia xilan merupakan heteropolimer kompleks
dengan rantai utamanya tersusun dari xilosa yang berikatan β-1,4-glikosida
dengan jumlah monomer 30-100 unit (Schlegel dan Schmidt, 1994). Jika ikatanikatan tersebut putus dengan hidrolisis enzim maka akan diperoleh monomermonomer gula yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku produk turunan
seperti bioetanol, xilitol, dan sebagainya.
Enzim yang dapat menghidrolisis hemiselulosa yaitu enzim xilanase. Salah satu
genus mikroba yang mempunyai kemampuan untuk menghasilkan enzim
pendegradasi xilanase adalah Actinomycetes. Penggunaan Actinomycetes untuk
mendegradasian
limbah
berlignoselulosa
memiliki
nilai
strategis
dan
meningkatkan efisiensi proses karena mikroba ini memiliki sistem enzim
hidrolitik yang lengkap. Karena Actinomycetes merupakan mikroba yang banyak
tumbuh di tanah dan limbah pertanian, maka dalam penelitian ini akan dipelajari
kemampuan Actinomycetes untuk mendegradasi hemiselulosa jerami padi.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Melakukan pemilihan isolat Actinomycetes yang mampu mendegradasi
hemiselulosa dari jerami padi.
3
2. Mempelajari kondisi optimum saat proses degradasi hemiselulosa dari
jerami padi secara Fermentasi Fase Padat (Solid State Fermentation/SSF).
3. Melakukan karakterisasi enzim xilanase yang dihasilkan dari fermentasi
jerami padi oleh isolat Actinomycetes terpilih dan karakterisasi produk
hidrolisis jerami padi dengan enzim yang dihasilkan.
C.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan kegunaan jerami padi sebagai
materi yang dapat digunakan untuk energi alternatif seperti bioetanol dan
memberikan informasi tentang karakteristik degradasi lignoselulosa pada
umumnya, hemiselulosa pada khususnya oleh isolat Actinomycetes untuk
menghasilkan gula pereduksi.
V.
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil isolasi dan pemurnian Actinomycetes diperoleh 8 isolat dengan kode
AcP-1 sampai dengan AcP-8.
Isolat yang mempunyai kemampuan
mendegradasi hemiselulosa tertinggi berdasarkan indeks xilanolitik yaitu
AcP-1 sebesar 2,64 dan AcP-7 sebesar 2,92.
2. Kondisi optimum dalam fermentasi yaitu pH 7 dengan perbandingan
substrat:buffer (1:3) dengan parameter kadar xilosa yang dihasilkan dan
berkaitan dengan kadar glukosa serta nilai APPL. Kadar xilosa yang
diperoleh dari isolat AcP-1 dan AcP-7 secara berurutan sebesar 0,318
mg/g substrat dan 0,2795 mg/g substrat.
3. Waktu inkubasi optimum dalam mendegradasi hemiselulosa yaitu hari ke15 yang ditinjau dari aktivitas xilanase sebesar 1,026 U/mL untuk AcP-1
dan 0,672 U/mL untuk AcP-7.
Kedua isolat ini memiliki tingkat
kemurnian yang lebih tinggi setelah mengalami proses pemurnian. Untuk
isolat AcP-1 meningkat sebanyak 7 kali setelah ditambahkan dengan
(NH4)2SO4 pada tingkat fraksi 35-70% sebesar 6,908 U/mL. Sedangkan
46
isolat AcP-7 meningkat sebanyak 16 kali setelah ditambahkan dengan
(NH4)2SO4pada tingkat fraksi 0-35% sebesar 10,501U/mL.
B. Saran
Berdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitian ini, maka untuk penelitian
selanjutnya disarankan agar:
1.
Melakukan kembali prosedur optimasi fermentasi fase padat dengan
rancangan percobaan statistika untuk mendapatkan pengaruh pH dan
perbandingan substrat:buffer terhadap fermentasi secara kualitatif.
2.
Melakukan fraksinasi dengan tingkat kejenuhan amonium sulfat yang lebih
beragam sehingga diperoleh fraksi dengan tingkat aktivitas tertinggi berbeda
dengan yang lainnya.
STUDI HIDROLISIS HEMISELULOSA JERAMI PADI MENGGUNAKAN
ACTINOMYCETES ISOLAT LOKAL
Oleh
Septiyana
Jerami padi merupakan salah satu contoh limbah berlignoselulosa yang
pemanfaatannya kurang optimal dan mengandung hemiselulosa cukup tinggi yang
memiliki nilai ekonomi yang tinggi jika diuraikan menjadi produk akhir yang
bermanfaat. Hemiselulosa dapat dihidrolisis dengan menggunakan enzim yang
dihasilkan oleh Actinomycetes. Isolat Actinomycetes lokal berasal dari Pringsewu,
Lampung yang digunakan untuk mengetahui kemampuannya dalam mendegradasi
hemiselulosa menjadi monomer-monomernya. Sebanyak 8 isolat Actinomycetes
berhasil diisolasi menggunakan metode spread plate pada Media Yeast Maltosa
Agar (YMA) dengan menambahkan antibiotik Nistatine (50 μg/L) dan antibiotik
Streptomycine (25 μg/L). Dari 8 isolat tersebut terdapat 2 isolat yang mempunyai
aktivitas xilanolitik tertinggi yaitu AcP-1 dan AcP-7 yang ditinjau dari
terbentuknya zona bening pada media YMA dengan tambahan substrat 5%
birchwood xylan. Untuk mengetahui kondisi optimum dalam mendegradasi
hemiselulosa, kedua isolat diuji dengan menggunakan metode Fermentasi Fase
Padat (Solid State Fermentation/ SSF) dengan tiga taraf pH yaitu 6, 7, dan 8 serta
perbandingan substrat:buffer (b/v) yaitu 1:1, 1:2, dan 1:3. Parameter yang
digunakan adalah kadar xilosa yang diperoleh dan menghasilkan kondisi optimum
pada pH 7 dan perbandingan substrat:buffer (1:3). Ditinjau dari aktivitas xilanase
yang dihasilkan dari kedua isolat, diperoleh waktu optimum fermentasi selama 15
hari sebesar 1,026 U/mL untuk AcP-1 dan 0,672 U/mL untuk AcP-7. Pemurnian
enzim xilanase dengan menggunakan metode fraksinasi berdasarkan variasi
tingkat kejenuhan terhadap ammonium sulfat. Pada fraksi 35-70% menunjukkan
aktivitas tertinggi untuk isolat AcP-1 sebesar 6,908 U/mL dan pada fraksi 0-35%
untuk isolat AcP-7 sebesar 10,501U/mL.
1
I.
A.
PENDAHULUAN
Latar Belakang Masalah
Indonesia merupakan salah satu negara yang kaya akan lahan pertanian,
khususnya sawah yakni seluas 7.304.134 ha (Solahuddin dan Ladamay, 1997).
Salah satu Provinsi di Indonesia yang memiliki lahan pertanian yang cukup luas
yaitu Provinsi Lampung.
Menurut Badan Pusat Statistik (BPS) Provinsi
Lampung, produksi padi tahun 2009 (Angka Ramalan II) diperkirakan sebesar
2,55 juta ton GKG, meningkat sebesar 0,21 juta ton (8,82 persen) dibandingkan
dengan produksi padi tahun 2008 (Angka Tetap). Kenaikan produksi disebabkan
adanya kenaikan luas panen sekitar 40 ribu hektar (7,99 Persen). Peningkatan
produksi padi juga diiringi peningkatan limbah jerami padi (Berita Resmi
Statistika, 2006). Adapun produksi jerami padi dapat mencapai 12-15 ton per
hektar setiap panen, bervariasi tergantung pada lokasi dan jenis varietas tanaman
padi yang digunakan (Ikhsan dkk., 2009).
Jerami padi merupakan limbah yang pemanfaatannya kurang optimal.
Kecenderungan yang terjadi, jerami padi lebih banyak dibakar (Ikhsan dkk.,
2009). Jerami padi juga merupakan salah satu contoh limbah berlignoselulosa
yang mengandung tiga komponen utama yaitu selulosa 34,2%, lignin 23,4% dan
2
hemiselulosa 24,5% yang memiliki nilai ekonomi yang tinggi jika diuraikan
menjadi produk akhir yang bermanfaat (Howard et al., 2003).
Hemiselulosa merupakan polimer yang tersusun atas xilosa disebut xilan dan
manosa disebut manan. Secara kimia xilan merupakan heteropolimer kompleks
dengan rantai utamanya tersusun dari xilosa yang berikatan β-1,4-glikosida
dengan jumlah monomer 30-100 unit (Schlegel dan Schmidt, 1994). Jika ikatanikatan tersebut putus dengan hidrolisis enzim maka akan diperoleh monomermonomer gula yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku produk turunan
seperti bioetanol, xilitol, dan sebagainya.
Enzim yang dapat menghidrolisis hemiselulosa yaitu enzim xilanase. Salah satu
genus mikroba yang mempunyai kemampuan untuk menghasilkan enzim
pendegradasi xilanase adalah Actinomycetes. Penggunaan Actinomycetes untuk
mendegradasian
limbah
berlignoselulosa
memiliki
nilai
strategis
dan
meningkatkan efisiensi proses karena mikroba ini memiliki sistem enzim
hidrolitik yang lengkap. Karena Actinomycetes merupakan mikroba yang banyak
tumbuh di tanah dan limbah pertanian, maka dalam penelitian ini akan dipelajari
kemampuan Actinomycetes untuk mendegradasi hemiselulosa jerami padi.
B. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Melakukan pemilihan isolat Actinomycetes yang mampu mendegradasi
hemiselulosa dari jerami padi.
3
2. Mempelajari kondisi optimum saat proses degradasi hemiselulosa dari
jerami padi secara Fermentasi Fase Padat (Solid State Fermentation/SSF).
3. Melakukan karakterisasi enzim xilanase yang dihasilkan dari fermentasi
jerami padi oleh isolat Actinomycetes terpilih dan karakterisasi produk
hidrolisis jerami padi dengan enzim yang dihasilkan.
C.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan kegunaan jerami padi sebagai
materi yang dapat digunakan untuk energi alternatif seperti bioetanol dan
memberikan informasi tentang karakteristik degradasi lignoselulosa pada
umumnya, hemiselulosa pada khususnya oleh isolat Actinomycetes untuk
menghasilkan gula pereduksi.
V.
SIMPULAN DAN SARAN
A. Simpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:
1. Hasil isolasi dan pemurnian Actinomycetes diperoleh 8 isolat dengan kode
AcP-1 sampai dengan AcP-8.
Isolat yang mempunyai kemampuan
mendegradasi hemiselulosa tertinggi berdasarkan indeks xilanolitik yaitu
AcP-1 sebesar 2,64 dan AcP-7 sebesar 2,92.
2. Kondisi optimum dalam fermentasi yaitu pH 7 dengan perbandingan
substrat:buffer (1:3) dengan parameter kadar xilosa yang dihasilkan dan
berkaitan dengan kadar glukosa serta nilai APPL. Kadar xilosa yang
diperoleh dari isolat AcP-1 dan AcP-7 secara berurutan sebesar 0,318
mg/g substrat dan 0,2795 mg/g substrat.
3. Waktu inkubasi optimum dalam mendegradasi hemiselulosa yaitu hari ke15 yang ditinjau dari aktivitas xilanase sebesar 1,026 U/mL untuk AcP-1
dan 0,672 U/mL untuk AcP-7.
Kedua isolat ini memiliki tingkat
kemurnian yang lebih tinggi setelah mengalami proses pemurnian. Untuk
isolat AcP-1 meningkat sebanyak 7 kali setelah ditambahkan dengan
(NH4)2SO4 pada tingkat fraksi 35-70% sebesar 6,908 U/mL. Sedangkan
46
isolat AcP-7 meningkat sebanyak 16 kali setelah ditambahkan dengan
(NH4)2SO4pada tingkat fraksi 0-35% sebesar 10,501U/mL.
B. Saran
Berdasarkan hasil yang diperoleh pada penelitian ini, maka untuk penelitian
selanjutnya disarankan agar:
1.
Melakukan kembali prosedur optimasi fermentasi fase padat dengan
rancangan percobaan statistika untuk mendapatkan pengaruh pH dan
perbandingan substrat:buffer terhadap fermentasi secara kualitatif.
2.
Melakukan fraksinasi dengan tingkat kejenuhan amonium sulfat yang lebih
beragam sehingga diperoleh fraksi dengan tingkat aktivitas tertinggi berbeda
dengan yang lainnya.